激光熔覆用于镁合金和复合材料的涂层

激光熔覆

激光熔覆是一种涂层制造技术，是材料喷涂技术的一部分。根据进料的种类和数量、熔融基材的数量和激光参数的不同，喷涂技术分为三种：（1）激光合金化，（2）激光上光和（3）激光熔覆。共同点是熔融材料的快速凝固导致精细的微观结构，从而改善了许多性能（Khajepour等人，2004 年伊格纳特等人。(2004)）。这三种涂层制造技术在镁合金上是可能的。例如，通过激光合金化在 WE43 和 ZE41 镁合金上开发了高耐腐蚀性和增加显微硬度的Al/Mg 涂层。通过侧面注入铝粉，他们获得了由铝/镁合金和铝金属间化合物组成的涂层。在 AZ91D镁合金上用 SiC 颗粒增强。另一方面，C）通过激光熔覆复合涂层，使用低功率激光避免稀释。 3 Mg 2和 Al 12 Mg 17岳等人。(2007)通过激光上釉制造了一种非晶 Zr65Al7.5Ni10Cu17.5 涂层，具有更好的耐磨性和耐腐蚀性。Huang等(2009)获得了 Cu 4 7Ti 34 Zr 11 Ni 8和 Cu 47Ti 34的非晶相涂层 Zr 11杨等人。(2018)用 Al + (Ti + B 4涂覆 ZE91D 镁合金王等人。(2006)在镁合金基材上制作了均匀的镁涂层，以评估使用激光熔覆修复镁零件表面区域的可能性。与热喷涂或电弧焊等传统方法相比，激光熔覆是一种获得复合涂层的有效制造工艺。通过激光熔覆技术获得的表面层具有良好的力学性能、低稀释度、良好的冶金结合和低冶金缺陷。这些优点是使用激光作为能源的结果。此外，从制造工艺的角度来看，激光熔覆还有其他优势：（1）减少生产时间；(2)实现温度控制，提高凝固速度；(3) 允许制造几何形状而不受部件的限制和修理。已使用不同激光器的激光熔覆系统：高功率二极管激光器（848 nm）、Nd:Yag 激光器（1064 nm）、CO 2激光器 (10.64 µm) 和准分子激光器 (248 nm)。在大多数情况下，进料呈球形粉末形式，并带有载气（通常为氩气）。这些粉末可以通过熔覆喷嘴与激光束同轴喷射，但已使用糊料进料、粉末注射、送丝和预置粉末（Khajepour等人，2004 年）。带有熔覆喷嘴的激光器连接到电机控制系统，一般由CAD系统和运动机器人或xy运动台组成。

镁合金激光处理的主要问题是，由于镁合金的熔点低 (~560°C)，高激光功率值可能会导致涂层中基体的镁被稀释。哈杰普尔等人。(2004)显示了影响激光熔覆过程的各种参数，在某些情况下，对每对基板和熔覆层的参数进行详尽分析是必要的。刘等人。(2006a)评估了功率密度和扫描速度对镀铝 AZ91D 镁合金宽度的影响。里克尔梅等人。(2016)研究了 ZE41 镁合金上的 Al/SiCp 涂层的激光功率和扫描速度对涂层几何形状和性能的影响。王和悦 (2001)通过在恒定激光功率下使用不同的扫描速度研究了这些参数的影响。所有这些作者都发现了提供高质量涂层的激光功率和扫描速度的不同组合，并且在所有情况下，他们发现激光功率和扫描速度与熔池的存在时间、传热和传质过程、冷却速率，进而影响涂层的微观结构（Liu et al ., 2017）。Riquelme等人分析了激光束焦点位置对镁合金熔覆层的影响。(2016). 不同的焦点条件影响涂层的几何形状，以及熔化、稀释和热影响区的几何形状。金属的吸收率取决于激光的波长，波长越短吸收率越高（Liu et al ., 2017）。

沃洛维奇等人。(2008)，在 ZE41 镁合金上获得了 Al-Si 涂层。涂层的微观结构的特点是 Mg 2的枝晶沉淀物 17 Al 12 形成，这取决于激光速度。在这种情况下，沃洛维奇等人。(2008) Fabre 和 Masse，2012；Yue等，1999Si 嵌入由 Mg 在 Al 中的固溶体或金属间相Mg形成的 Al-Mg 基体上发现，由于形成电偶腐蚀，这些类型的涂层降低了耐腐蚀性。其他作者也发现了类似的结果（）。然而，其他作者在不同的镁合金上实现了高耐腐蚀性和耐磨性的 Al-Si 涂层。例如，卡塞尔等人。(2011)，在 AZ61、ZK30 和 WE54 上沉积了 Al-Si 涂层，Chen等人。(2016) 还获得了在 Mg-Gd-Y-Zr 合金（在这种情况下硬化 Al 2 (Gd,Y)）上的 Al-Si 涂层。结果的差异可能是由于不同研究中使用的激光熔覆参数不同或喷涂的硅重量比不同造成的。另一方面，其他金属已被用于通过激光熔覆涂覆镁合金。例如，高等人。(2007)，在 AZ91HP 镁合金上获得了 Al-Cu 涂层。该涂层由Al-Mg基体和AlCu 4和金属间相Mg 17 Al 12 组成。陈等人。(2007)，喷涂 Al-Ir 以获得具有 AlIr、Mgl7Al12 和其他铝基相的提高耐腐蚀性的熔覆涂层。此外，Al-Zn镀层（Mei等，2005